WO2014122881A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2014122881A1
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light emitting
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emitting element
emitting device
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毅斉 尾之江
悠 長谷川
良幸 則光
徹 青柳
貴史 内田
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パナソニック株式会社
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    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements
    • H01L33/505Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes

Definitions

  • the present disclosure relates to a light emitting device including a fluorescent layer containing a phosphor that is excited by light from a light emitting element and converts the wavelength.
  • the light-emitting device that emits white light includes a fluorescent layer containing a phosphor that emits yellow light that is excited by blue light and has a complementary color.
  • the thickness of the fluorescent layer that affects the degree of wavelength conversion be uniform so that the balance due to the color mixture of blue light and yellow light is made uniform and color unevenness is reduced.
  • Patent Document 1 as a method of manufacturing a light emitting device, a first step of placing a light emitting element on a substrate, a first step of exposing the upper surface of the light emitting element and covering a side surface of the light emitting element with a first light reflective member are disclosed. After the second step, the third step of applying an adhesive on the upper surface after the second step, and bonding the translucent member containing the phosphor to the light emitting element, and the third step, And a fourth step in which the upper surface of the translucent member is exposed and the side surface of the translucent member is covered with the second light reflective member.
  • an outer peripheral side surface of a translucent member containing a phosphor that transmits light emitted from a light emitting element and emits it to the outside has an inclined surface that spreads from the upper surface toward the lower surface.
  • the area of the lower surface of the translucent member is formed larger than the area of the upper surface of the light emitting element, and the lower surface of the translucent member and the upper surface of the light emitting element are joined by an adhesive.
  • a configuration in which a portion that is not bonded to the light emitting element and an inclined surface are covered with a light reflecting resin is described.
  • the thickness of the sheet member can be easily made uniform by forming the phosphor layer containing the phosphor with the sheet member, so that variation in wavelength conversion by the phosphor layer can be suppressed.
  • the light emitting element has a high light emission intensity in the direction directly above the light emitting surface, while the phosphor that emits light when excited by light from the light emitting element emits light in all directions. For this reason, the emission color from the light emitting element is strong in the direction directly above the light emitting surface, and the emission color of the phosphor becomes strong when the color shifts from the directly above direction to the surrounding area. Therefore, there is a problem that even if the thickness of the fluorescent layer is made uniform, color unevenness cannot be suppressed.
  • This disclosure is intended to solve the above-described problems and to suppress unevenness in color of light emitted to the outside while suppressing variations in wavelength conversion in the fluorescent layer of the light emitting device.
  • One embodiment of a light emitting device includes a light emitting element having a light emitting surface, a sheet member bonded to the light emitting surface, and a reflective layer surrounding the light emitting element and the sheet member, and the sheet member emits light. It has a fluorescent layer containing a phosphor that emits light converted in wavelength by being excited by light from the element, and a diffusion layer containing a diffusing material that diffuses light from the fluorescent layer.
  • the sheet member from the fluorescent layer and the diffusing layer, it is possible to suppress unevenness in color of light emitted to the outside while suppressing variations in wavelength conversion in the fluorescent layer.
  • FIG. 1 is a light-emitting device according to an embodiment, and is a cross-sectional view taken along line II shown in FIG.
  • FIG. 2 is a plan view of the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a light emitting element and a protective element included in the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 4A to FIG. 4D are cross-sectional views in order of steps showing a method for manufacturing a light emitting device according to an embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged partial cross-sectional view for explaining the contraction between the diffusion layer and the reflection layer of the sheet member constituting the light emitting device according to the embodiment.
  • a light-emitting device includes a light-emitting element having a light-emitting surface, a sheet member bonded to the light-emitting surface, and a reflective layer surrounding the light-emitting element and the sheet member.
  • the thickness of the fluorescent layer can be made uniform. For this reason, the level of wavelength conversion by the phosphor is made uniform, and variations can be suppressed.
  • the diffusion layer that diffuses the light from the fluorescent layer is provided in the fluorescent layer, the transmitted light from the light emitting element that has passed through the fluorescent layer can be diffused. Thereby, the diffused transmitted light and the yellow light emitted in all directions by the phosphor added to the fluorescent layer can be mixed in a well-balanced color, so that white light with reduced color unevenness can be obtained.
  • the linear expansion coefficient of the diffusion layer may be larger than that of the fluorescent layer.
  • the diffusion layer having a linear expansion coefficient larger than that of the fluorescent layer contracts greatly to pull the reflective layer, thereby preventing the reflective layer from cracking. Can do.
  • the diffusion layer may be made of silicone resin or acrylic resin
  • the fluorescent layer may be made of glass or ceramics.
  • the diffusion layer and the reflection layer may have the same height.
  • the height of the reflective layer may be matched with the height of the diffusion layer by cutting the reflective layer.
  • the sheet member may be formed larger than the light emitting surface of the light emitting element.
  • the light emitting surface of the light emitting element may be formed in an uneven shape.
  • the light emitting device 10 includes a submount substrate 20 and light emitting elements held on the main surface (mounting surface) of the submount substrate 20 at a distance from each other. 30 and the protective element 40, the sheet member 50 provided on the light emitting surface S of the light emitting element 30, and the main surface of the submount substrate 20, and covers the protective element 40 and the light emitting element 30 and the sheet member 50. And a reflective layer 60 surrounding the periphery.
  • the submount substrate 20 has an insulating substrate and a wiring pattern (not shown) formed on the main surface of the insulating substrate. A plurality of element electrodes (not shown) are formed on a part of the wiring pattern.
  • the light emitting element 30 and the protective element 40 are mounted on the submount substrate 20 so as to be connected to the element electrode. Further, the element electrode is connected to a connection electrode formed on the bottom surface of the insulating substrate via a through-hole electrode.
  • the insulating substrate for example, glass epoxy resin, BT resin (bismaleimide triazine resin-based thermosetting resin), ceramics, or the like can be used.
  • the light emitting element 30 is a flip chip type light emitting diode element, and the light emitting surface S is formed in a substantially square shape in plan view.
  • the light emitting element 30 is electrically connected to the element electrode formed on the main surface of the submount substrate 20 via the plurality of bumps B.
  • the light emitting element 30 has a substrate, a semiconductor layer, an n-side terminal, and a p-side terminal.
  • the substrate is responsible for holding the semiconductor layer.
  • the surface opposite to the surface on which the semiconductor layers of the substrate are stacked is the light emitting surface S that emits light.
  • insulating sapphire, gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum nitride (AlN), or the like can be used as the constituent material of the substrate.
  • the light emitting surface S of the substrate has a micro-texture structure by making it a rough surface with minute irregularities by etching, blasting, processing with laser light, processing with a dicing blade, or the like.
  • the light emitting surface S may be a flat surface.
  • the semiconductor layer constituting the light emitting element 30 is configured by sequentially stacking an n-type layer, a light emitting layer, and a p-type layer on a substrate.
  • the material of the semiconductor layer is preferably a gallium nitride compound. Specifically, gallium nitride (GaN) can be used for the n-type layer and the p-type layer, respectively, and indium gallium nitride (InGaN) can be used for the light-emitting layer.
  • GaN gallium nitride
  • InGaN indium gallium nitride
  • the n-type layer and the p-type layer have a general formula of Al 1-x In 1-y Ga 1-xy N (where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) can also be used. It is also possible to form a buffer layer made of GaN or InGaN between the n-type layer and the substrate. Furthermore, the light emitting layer can also have, for example, a multilayer structure in which InGaN and GaN are alternately stacked, that is, a quantum well structure.
  • the n-side terminal is formed by removing a part of the light-emitting layer and a part of the p-type layer from the n-type layer, the light-emitting layer, and the p-type layer laminated on the substrate to expose the n-type layer, and exposing the n-type terminal. Formed on the layer.
  • the p-side terminal is formed on the p-type layer.
  • the p-side terminal may be formed of silver (Ag), aluminum (Al), rhodium (Rh), or the like having high reflectivity in order to reflect light emitted from the light emitting layer to the substrate side.
  • the details of the flip chip type light emitting element have been described as the light emitting element 30, but a double-sided electrode type FD (electrode (FD)) in which electrodes are formed on each of the substrate and the semiconductor layer so as to sandwich the substrate and the semiconductor layer.
  • FD electrode
  • a Face Down) type or FU (Face Up) type light emitting element can be used.
  • the protective element 40 is provided so that an excessive voltage is not applied to the light emitting element 30.
  • a Zener diode ZD
  • FIG. 3 shows a circuit diagram in a state where the protection element 40 is connected to the light emitting element 30.
  • a Zener diode is used as the protection element 40, but a diode, a varistor, a capacitor, a resistor, or the like can be used instead of the Zener diode.
  • the sheet member 50 is attached to the light emitting surface S of the substrate in the light emitting element 30.
  • the sheet member 50 is a light transmissive member having a two-layer structure of a fluorescent layer 51 in which the adhesive surface on the light emitting element 30 side is a light incident surface and a diffusion layer 52 in which a surface exposed from the light emitting device 10 is a light emitting surface. It is.
  • the fluorescent layer 51 and the diffusion layer 52 are each formed in a sheet shape, and are bonded so that the fluorescent layer 51 and the diffusion layer 52 are in close contact with each other in the manufacturing process.
  • the sheet member 50 is formed to be larger than the light emitting surface S of the light emitting element 30.
  • the fluorescent layer 51 constituting the sheet member 50 contains a phosphor that converts a wavelength to light that is excited by light from the light emitting element 30 and becomes complementary color in a transparent medium mainly made of resin, glass, ceramics, or the like. is doing.
  • a phosphor that emits yellow light can be used. Therefore, by including a phosphor that emits yellow light in the phosphor layer 51, the blue light from the light emitting element 30 and the yellow light from the phosphor are mixed, and white light can be obtained.
  • a silicate phosphor or an yttrium aluminum garnet (YAG) phosphor can be used as the phosphor.
  • a resin mainly composed of a silicone resin, an epoxy resin or a fluororesin, or a glass material produced by a sol-gel method can be used.
  • Glass materials include materials having a curing reaction temperature of about 200 ° C., and are suitable materials considering the heat resistance of materials used for bumps and terminals.
  • the diffusion layer 52 constituting the sheet member 50 contains a diffusion material for diffusing light from the fluorescent layer 51 in a transparent medium mainly composed of resin.
  • a transparent medium mainly composed of resin.
  • particulate silicon dioxide or particulate ceramics can be used as the diffusion material.
  • the transparent medium silicone resin, glass, acrylic resin, or the like can be used.
  • Silicone resin can be used for the adhesive that bonds the fluorescent layer 51 and the diffusion layer 52 together.
  • the diffusion layer 52 is formed from a silicone resin and the adhesive is a silicone resin, refraction and reflection upon incidence on the diffusion layer 52 can be reduced.
  • the reflective layer 60 surrounds the periphery of the light emitting element 30 and the sheet member 50 in an area on the submount substrate 20 on which the light emitting element 30 is mounted, excluding the mounting area of the light emitting element 30 and the protective element 40. Further, it is formed so as to cover the protection element 40.
  • the height of the reflective layer 60 is formed substantially equal to the height of the sheet member 50 so that the sheet member 50 bonded to the light emitting surface S of the light emitting element 30 is exposed.
  • the reflective layer 60 is a granular material that reflects light from the light emitting element 30 in a transparent medium mainly made of epoxy resin, acrylic resin, polyimide resin, urea resin, silicone resin, fluororesin, or glass.
  • the reflective material is formed in a dispersed manner.
  • the reflective layer 60 can be formed by containing particles made of titanium oxide or zinc oxide and a dispersing material in a liquid resin as a reflective material that reflects light, and then curing.
  • the reflective layer 60 can be provided with a reflective function while maintaining insulation by including powdered titanium oxide and a dispersing material in a liquid resin and curing.
  • a thixotropy imparting material may be added to the liquid resin for the purpose of enhancing fluidity.
  • the thixotropy imparting material for example, fine powder silica or the like can be used.
  • titanium oxide is used as the reflective material, but zinc oxide, aluminum oxide, silicon dioxide, boron nitride, or the like can also be used as the reflective material. That is, any metal oxide that has an insulating property and a reflective function can be used as the reflective material.
  • the protective element 40 is provided in the light emitting device 10, but the protective element 40 is not necessarily provided.
  • the light emitting element 30 and the protective element 40 are mounted on the main surface of the submount substrate 20 via a plurality of bumps B arranged at predetermined positions.
  • an adhesive is applied to the light emitting surface S that is the upper surface of the light emitting element 30, and the sheet is formed to have a larger planar dimension than the light emitting surface S of the light emitting element 30.
  • the member 50 is attached to the light emitting surface S. As described above, since the sheet member 50 is formed by bonding the fluorescent layer 51 and the diffusion layer 52, the fluorescent layer 51 and the diffusion layer 52 can be easily attached to the light emitting surface S of the light emitting element 30. .
  • a resin (reflective material-containing resin) 61 containing a reflective material is applied on the main surface of the submount substrate 20 by a printing method or a potting method. 40 is filled and cured. At this time, the reflecting material-containing resin 61 is filled so as to cover the sheet member 50.
  • the cured reflective material-containing resin 61 is cut until the diffusion layer 52 constituting the sheet member 50 is exposed, and the reflective layer 60 is formed from the reflective material-containing resin 61. At this time, the reflective layer 60 is cut so that the height of the diffusion layer 52 and the height of the reflective layer 60 substantially coincide.
  • the reflective layer 60 becomes lower than the diffusion layer 52 and light is emitted from the side surface of the diffusion layer 52. Can be prevented from leaking, or the reflection layer 60 covering the diffusion layer 52 and blocking the emission of light.
  • the light emitting element 30 When power is supplied to the light emitting device 10 shown in FIG. 1, the light emitting element 30 emits light.
  • the light emitting surface S of the light emitting element 30 is formed in a fine uneven shape, and the emitted light is totally reflected by the light emitting surface S, and the return light returning to the light emitting element 30 can be reduced. Thereby, the light extraction efficiency of the light emitting element 30 can be improved. That is, the light emission intensity in the direction directly above the light emitting surface S of the light emitting element 30 can be increased.
  • the fluorescent layer 51 When the blue light from the light emitting element 30 enters the fluorescent layer 51, a part of the incident light becomes transmitted light that passes through the fluorescent layer 51 and passes through to the diffusion layer 52, and the remainder of the incident light passes through the phosphor. It becomes excitation light to be excited. Since the fluorescent layer 51 is formed in a sheet shape as a part of the sheet member 50, the thickness of the fluorescent layer 51 can be made uniform. As a result, the level of wavelength conversion by the phosphor added to the fluorescent layer 51 is made uniform, so that variations in wavelength conversion can be suppressed.
  • the diffusion layer 52 is provided on the fluorescent layer 51, so Blue light transmitted through the layer 51 can be diffused. For this reason, since the diffused blue light and the yellow light emitted in all directions by the phosphor added to the fluorescent layer 51 are mixed in a well-balanced color, the unevenness in color of the emitted light from the light emitting device 10 is suppressed. It can be white light.
  • the light emitting device 10 can suppress unevenness in color of light emitted from the diffusion layer 52 to the outside while suppressing variation in wavelength conversion in the fluorescent layer 51.
  • the diffusion layer 52 is formed in a sheet shape as a part of the sheet member 50, the thickness of the diffusion layer 52 can be made uniform. As a result, the degree of light diffusion by the diffusion layer 52 can be made uniform over the entire sheet member 50, so that color unevenness can be further suppressed.
  • the traveling direction of the light emitted from the side of the light emitting element 30 can be reflected by the reflective layer 60 and changed to the direction of the sheet member 50.
  • the sheet member 50 according to the present embodiment is formed larger than the light emitting surface S of the light emitting element 30. For this reason, since the area of light emission by the fluorescent layer 51 constituting the sheet member 50 can be secured widely, the light-emitting device 10 with high luminance can be obtained.
  • the light emitting element 30 generates heat by emitting light, and its temperature rises. In addition, when the power supply to the light emitting element 30 is stopped, the temperature of the light emitting element 30 is lowered.
  • the transparent medium constituting the fluorescent layer 51 is made of glass or ceramics
  • the reflective layer 60 is made of a resin having a linear expansion coefficient larger than that of the fluorescent layer 51, such as silicone resin
  • the light-emitting element 30 is energized.
  • the reflection layer 60 repeats expansion and contraction due to a temperature change caused by repeating ON and OFF. At this time, if the diffusion member 52 is not provided on the sheet member 50, the reflective layer 60 may be greatly contracted, and cracks may occur in the reflective layer 60 near the interface with the fluorescent layer 51.
  • a diffusion layer 52 having a linear expansion coefficient larger than that of the fluorescent layer 51 is provided in the fluorescent layer 51.
  • the diffusion layer 52 contracts or expands, and the reflection layer 60 is pulled or compressed by the end face of the diffusion layer 52, thereby causing a large displacement due to the contraction of the reflection layer 60. Is suppressed. For this reason, it is possible to prevent the reflective layer 60 from being cracked due to a temperature change.
  • the light emitting element 30 that emits blue light and the fluorescent layer 51 to which a phosphor that emits yellow light that is complementary to the blue light is added have been described as examples. It may emit ultraviolet light, or may be a light emitting element that emits light of other colors.
  • the phosphor is not limited to a phosphor that emits yellow light, and may be a phosphor that emits light of other colors.
  • the present disclosure is useful for a light-emitting device including a fluorescent layer containing a phosphor that is excited by light from a light-emitting element and converts the wavelength.

Abstract

 発光装置(10)は、発光面を有する発光素子(30)と、発光面に接合されたシート部材(50)と、発光素子(30)とシート部材(50)との周囲を囲う反射層(60)とを備えている。シート部材(50)は、発光素子(30)からの光に励起され、波長変換した光を発光する蛍光体を含有する蛍光層(51)と、蛍光層からの光を拡散させる拡散材を含有する拡散層(52)とを有している。

Description

発光装置
 本開示は、発光素子からの光に励起され、波長変換する蛍光体を含有する蛍光層を備えた発光装置に関する。
 白色光を発光する発光装置は、例えば、青色光を発光する発光素子であれば、青色光に励起されて補色となる黄色光を発光する蛍光体を含有した蛍光層を備える。この場合、青色光と黄色光との混色によるバランスを均一にして色むらが少なくなるように、波長変換の度合いに影響を与える蛍光層の厚さを均一にすることが望ましい。
 蛍光層の厚さを均一にする技術として、該蛍光層をシート部材により形成することが知られている(例えば、以下の特許文献1及び特許文献2を参照。)。
 特許文献1には、発光装置の製造方法として、発光素子を基板に載置する第1の工程と、発光素子の上面を露出させて発光素子の側面を第1の光反射性部材で覆う第2の工程と、第2の工程よりも後に、上面に接着材を塗布し、発光素子に蛍光体を含有した透光性部材を接着する第3の工程と、第3の工程よりも後に、透光性部材の上面を露出させて透光性部材の側面を第2の光反射性部材で覆う第4の工程とが記載されている。
 特許文献2には、発光装置として、発光素子から出射される光を透過して外部に放出する蛍光体を含有した透光性部材の外周側面が、上面から下面に向かって広がる傾斜面を有し、透光性部材の下面の面積が発光素子の上面の面積よりも大きく形成され、透光性部材の下面及び発光素子の上面が接着材により接合されており、透光性部材の下面であって、発光素子と接合されていない部分及び傾斜面が光反射性樹脂により被覆される構成が記載されている。
特開2010-192629号公報 特開2010-272847号公報
 これら従来の発光装置は、蛍光体を含有した蛍光層をシート部材で形成することにより、シート部材の厚さを容易に揃えることができるので、蛍光層による波長変換のばらつきを抑えることができる。
 しかしながら、発光素子は、発光面の直上方向への発光強度が高く、一方、該発光素子からの光に励起されて発光する蛍光体は全方位的に発光する。このため、発光面の直上方向は発光素子からの発光色が強く、該直上方向からその周辺の領域にずれると、蛍光体の発光色が強くなる。従って、蛍光層の厚さを均一にしても、色むらを抑えることができないという問題がある。
 本開示は、前記の問題を解決し、発光装置が有する蛍光層での波長変換のばらつきを抑えつつ、外部へ出射する光の色むらを抑えることができるようにすることを目的とする。
 本開示に係る発光装置の一態様は、発光面を有する発光素子と、発光面に接合されたシート部材と、発光素子とシート部材との周囲を囲う反射層とを備え、シート部材は、発光素子からの光に励起され、波長変換した光を発光する蛍光体を含有する蛍光層と、蛍光層からの光を拡散させる拡散材を含有する拡散層とを有している。
 本開示に係る発光装置は、シート部材を蛍光層と拡散層とから構成することにより、蛍光層における波長変換のばらつきを抑えつつ、外部へ出射する光の色むらを抑えることができる。
図1は一実施形態に係る発光装置であり、図2に示すI-I線の断面図である。 図2は一実施形態に係る発光装置の平面図である。 図3は一実施形態に係る発光装置が有する発光素子と保護素子とを示す回路図である。 図4(a)~図4(d)は一実施形態に係る発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。 図5は一実施形態に係る発光装置を構成するシート部材の拡散層と反射層との収縮を説明するための拡大した部分断面図である。
 一実施形態に係る発光装置は、発光面を有する発光素子と、発光面に接合されたシート部材と、発光素子とシート部材との周囲を囲う反射層とを備え、シート部材は、発光素子からの光に励起され、波長変換した光を発光する蛍光体を含有する蛍光層と、蛍光層からの光を拡散させる拡散材を含有する拡散層とを有している。
 一実施形態に係る発光装置によれば、蛍光層がシート部材の一部としてシート状に形成されているため、蛍光層の厚さを均一とすることができる。このため、蛍光体による波長変換のレベルが均一化されてばらつきを抑えることができる。その上、蛍光層に該蛍光層からの光を拡散させる拡散層が設けられていることにより、蛍光層を透過した発光素子からの透過光を拡散させることができる。これにより、拡散した透過光と蛍光層に添加された蛍光体により全方位的に発光する黄色光とをバランス良く混色させることができるので、色むらを抑えた白色光とすることができる。
 一実施形態に係る発光装置において、拡散層の線膨張係数は、蛍光層よりも大きくてもよい。
 このようにすると、反射層が温度変化により収縮しても、線膨張係数が蛍光層よりも大きい拡散層が大きく収縮して反射層を引っ張るので、反射層にクラックが発生することを防止することができる。
 この場合に、拡散層はシリコーン樹脂又はアクリル樹脂からなり、蛍光層はガラス又はセラミックスからなっていてもよい。
 一実施形態に係る発光装置において、拡散層と反射層とは、互いの高さが合わせられていてもよい。
 このようにすると、反射層が拡散層よりも低くなって該拡散層の側面から光が漏れたり、反射層が拡散層を覆ってしまって光の出射を遮蔽したりすることを防止することができる。
 この場合、反射層の高さは、該反射層の切削によって拡散層の高さと合わせられていてもよい。
 一実施形態に係る発光装置において、シート部材は、発光素子の発光面よりも大きく形成されていてもよい。
 このようにすると、蛍光層による発光の面積を広く確保することができるので、高輝度な発光装置とすることができる。
 一実施形態に係る発光装置において、発光素子の発光面は凹凸状に形成されていてもよい。
 このようにすると、発光素子からの光が発光面で全反射して、発光素子に戻る戻り光を減らすことができるので、発光素子の光取り出し効率を向上することができる。これにより、発光素子における発光面の直上方向への発光強度を高くすることができるので、該直上方向の発光強度を高めた発光素子であっても、拡散層により色むらを抑えることができる。
 (一実施形態)
 一実施形態に係る発光装置について図面に基づいて説明する。
 図1及び図2に示すように、本実施形態に係る発光装置10は、サブマウント基板20と、該サブマウント基板20の主面(搭載面)上に互いに間隔をおいて保持された発光素子30及び保護素子40と、発光素子30の発光面Sの上に設けられたシート部材50と、サブマウント基板20の主面上に設けられ、保護素子40を覆うと共に発光素子30とシート部材50との周囲を囲う反射層60とを備えている。
 サブマウント基板20は、絶縁性基板と、該絶縁性基板の主面上に形成された配線パターン(図示せず)とを有している。配線パターンの一部には、複数の素子用電極(図示せず)が形成されている。発光素子30及び保護素子40は、サブマウント基板20の上に素子用電極と接続されるように搭載されている。さらに、素子用電極は、絶縁性基板の底面に形成された接続用電極と、スルーホール電極を介して接続されている。絶縁性基板としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、BTレジン(ビスマレイミドトリアジン樹脂系の熱硬化樹脂)、又はセラミックス等を採用することができる。
 発光素子30は、フリップチップ型の発光ダイオード素子であり、発光面Sは平面視でほぼ正方形状に形成されている。また、発光素子30は、複数のバンプBを介してサブマウント基板20の主面上に形成された素子用電極と導通している。
 発光素子30は、基板、半導体層、n側端子及びp側端子を有している。基板は、半導体層を保持する役目を負う。また、基板の半導体層が積層された面とは反対の面が、光を出射する発光面Sとなる。基板の構成材料には、絶縁性のサファイア、窒化ガリウム(GaN)、炭化シリコン(SiC)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)又は窒化アルミニウム(AlN)等を採用することができる。基板の発光面Sは、エッチング加工、ブラスト加工、レーザ光による加工、及びダイシングブレードによる加工等によって、微小な凹凸状の粗面とすることにより、マイクロテクスチャ構造を有している。なお、基板がサファイア等であって、GaNよりも屈折率が低い基板を基材とする場合には、発光面Sは平坦面としてもよい。
 発光素子30を構成する半導体層は、基板上にn型層、発光層及びp型層を順次積層して構成されている。半導体層の材料は、窒化ガリウム系化合物であれば好ましい。具体的には、n型層及びp型層にそれぞれ窒化ガリウム(GaN)を用い、発光層に窒化インジウムガリウム(InGaN)を用いることができる。なお、n型層及びp型層には、一般式として、Al1-xIn1-yGa1-x-yN(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)を用いることもできる。また、n型層と基板との間に、GaN又はInGaNからなるバッファ層を形成することも可能である。さらに、発光層は、例えばInGaNとGaNとを交互に積層した多層構造、すなわち量子井戸構造とすることもできる。
 n側端子は、基板の上に積層したn型層、発光層及びp型層から、発光層の一部及びp型層の一部を除去してn型層を露出し、露出したn型層の上に形成されている。p側端子は、p型層の上に形成されている。p側端子は、発光層から発した光を基板側に反射するために、反射率が高い銀(Ag)、アルミニウム(Al)又はロジウム(Rh)等により形成されていてもよい。
 なお、発光素子30として、フリップチップタイプの発光素子の詳細を説明したが、基板と半導体層とを挟むように、該基板と半導体層とのそれぞれに電極が形成された両面電極タイプのFD(Face Down)タイプ又はFU(Face Up)タイプの発光素子を用いることができる。
 保護素子40は、発光素子30に過度な電圧が印加されないように設けられている。本実施形態では、保護素子40として、ツェナーダイオード(ZD)が発光素子30と接続されている。図3に、保護素子40を発光素子30と接続した状態の回路図を示す。なお、本実施形態では、保護素子40にツェナーダイオードを用いたが、ツェナーダイオードに代えて、ダイオード、バリスタ、コンデンサ又は抵抗器等を用いることができる。
 シート部材50は、発光素子30における基板の発光面Sに貼り付けられている。シート部材50は、発光素子30側の接着面が光入射面となる蛍光層51と、発光装置10から露出する面が光出射面となる拡散層52との2層構造を持つ光透過性部材である。蛍光層51と拡散層52とは、それぞれがシート状に形成されており、製造過程において、蛍光層51と拡散層52とが密着するように貼り合わされる。シート部材50は、発光素子30の発光面Sよりも大きくなるように形成されている。
 シート部材50を構成する蛍光層51は、樹脂、ガラス又はセラミックス等を主材とする透明媒体中に、発光素子30からの光に励起されて補色となる光に波長を変換する蛍光体を含有している。例えば、発光素子30が青色光を発光する青色発光素子であれば、黄色光を発光する蛍光体を用いることができる。従って、黄色光を発光する蛍光体を蛍光層51に含有させることにより、発光素子30からの青色光と蛍光体からの黄色光とが混色して、白色光を得ることができる。蛍光体としては、珪酸塩蛍光体又はイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)系蛍光体を用いることができる。
 透明媒体としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂若しくはフッ素樹脂を主成分とする樹脂、又はゾルゲル法により作製されるガラス材料を用いることができる。ガラス材料には、硬化反応温度が200℃程度の材料があり、バンプ及び端子等に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料である。
 シート部材50を構成する拡散層52は、樹脂を主材とした透明媒体中に、蛍光層51からの光を拡散させる拡散材を含有している。拡散材には、例えば、粒子状の二酸化ケイ素又は粒子状のセラミックス等を用いることができる。透明媒体には、シリコーン樹脂、ガラス又はアクリル樹脂等を用いることができる。
 蛍光層51と拡散層52とを貼り合わせて接着する接着材には、シリコーン樹脂を使用することができる。例えば、拡散層52をシリコーン樹脂から形成し、接着材をシリコーン樹脂とすれば、拡散層52への入射の際の屈折及び反射を少なくすることができる。
 反射層60は、発光素子30が搭載されたサブマウント基板20上の領域であって、発光素子30及び保護素子40の搭載領域を除く領域に、発光素子30及びシート部材50の周囲を囲い、且つ保護素子40を覆うように形成されている。反射層60の高さは、発光素子30の発光面Sに接合されたシート部材50が露出するように、該シート部材50の高さとほぼ同等に形成されている。
 反射層60は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂若しくはフッ素樹脂等の樹脂、又はガラス等を主材とする透明媒体中に、発光素子30からの光を反射する粒状の反射材が分散されて形成されている。
 反射層60は、光を反射する反射材として、酸化チタン又は酸化亜鉛からなる粒子と分散材とを液状樹脂に含ませ、硬化させることによって形成することができる。このように、反射層60を、粉体状の酸化チタンと分散材とを液状樹脂に含ませ、硬化して形成することにより、絶縁性を保ちつつ、反射機能を持たせることができる。また、反射層60を形成する際に、流動性を高めることを目的として、液状樹脂にチキソトロピー(thixotropy)付与材を添加してもよい。チキソトロピー付与材としては、例えば、微粉末シリカ等を使用することができる。
 なお、本実施形態においては、反射材として酸化チタンを使用しているが、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素又は窒化ホウ素等も反射材として使用することが可能である。すなわち、反射材には、絶縁性を有すると共に反射機能を有する金属酸化物であれば使用することができる。
 また、本実施形態においては、発光装置10に保護素子40を設けたが、該保護素子40は必ずしも設ける必要はない。
 (製造方法)
 以下、前記のように構成された本実施形態に係る発光装置の製造方法を図面に基づいて説明する。
 まず、図4(a)に示すように、サブマウント基板20の主面上に、発光素子30及び保護素子40を、それぞれ所定の位置に配置された複数のバンプBを介して搭載する。
 次に、図4(b)に示すように、発光素子30の上面である発光面Sに接着材を塗布し、発光素子30の発光面Sよりも大きい平面寸法を持つように形成されたシート部材50を発光面Sに貼り付ける。前述したように、シート部材50は、蛍光層51と拡散層52とが貼り合わされてなるため、該蛍光層51及び拡散層52は、発光素子30の発光面Sに容易に貼り付けることができる。
 次に、図4(c)に示すように、印刷法又はポッティング法により、反射材を含有する樹脂(反射材含有樹脂)61を、サブマウント基板20の主面上に発光素子30及び保護素子40を覆うように充填し、硬化させる。このとき、反射材含有樹脂61は、シート部材50を覆うように充填する。
 続いて、硬化した反射材含有樹脂61に対して、シート部材50を構成する拡散層52が露出するまで切削して、反射材含有樹脂61から反射層60を形成する。このとき、拡散層52の高さと反射層60の高さとがほぼ一致するように反射層60を切削する。
 このように、反射層60を切削して、拡散層52と反射層60との互いの高さを合わせることにより、反射層60が拡散層52よりも低くなって該拡散層52の側面から光が漏れたり、反射層60が拡散層52を覆ってしまって光の出射を遮蔽したりすることを防止することができる。
 次に、本実施形態に係る発光装置10の使用状態について説明する。
 図1に示す発光装置10に電源が供給されると、発光素子30が発光する。発光素子30の発光面Sは微細な凹凸状に形成されており、発光光は発光面Sで全反射して、発光素子30に戻る戻り光を少なくすることができる。これにより、発光素子30の光取り出し効率を向上することができる。すなわち、発光素子30における発光面Sの直上方向への発光強度を高くすることができる。
 発光素子30からの青色光は、蛍光層51に入射すると、該入射光の一部は、蛍光層51を透過して拡散層52へ抜ける透過光となり、該入射光の残部は、蛍光体を励起する励起光となる。蛍光層51がシート部材50の一部として、シート状に形成されているため、該蛍光層51の厚さを均一とすることができる。その結果、蛍光層51に添加された蛍光体による波長変換のレベルが均一化されるので、波長変換のばらつきを抑えることができる。
 また、発光面Sを微細な凹凸状として発光面Sの直上方向の発光強度が高められた発光素子30であっても、蛍光層51の上に拡散層52が設けられていることにより、蛍光層51を透過した青色光を拡散させることができる。このため、拡散した青色光と、蛍光層51に添加された蛍光体により全方位的に発光する黄色光とがバランス良く混色するので、発光装置10からの出射光を、色むらが抑制された白色光とすることができる。
 これにより、発光装置10は、蛍光層51での波長変換のばらつきを抑えつつ、拡散層52から外部へ出射する光の色むらを抑えることができる。
 また、拡散層52がシート部材50の一部として、シート状に形成されているため、該拡散層52の厚さを均一とすることができる。その結果、拡散層52による光の拡散の度合いをシート部材50の全体にわたって均一にすることができるので、色むらをさらに抑えることができる。
 その上、発光素子30の側方から出射した光の進行方向は、反射層60で反射してシート部材50の方向へ変化させることができる。その上、本実施形態に係るシート部材50は、発光素子30の発光面Sよりも大きく形成されている。このため、シート部材50を構成する蛍光層51による発光の面積を広く確保することができるので、高輝度な発光装置10を得ることができる。
 なお、発光素子30は、発光することによって発熱し、その温度が上昇する。また、発光素子30に対する通電を止めれば、発光素子30の温度は低下する。例えば、蛍光層51を構成する透明媒体をガラス又はセラミックスとし、反射層60をシリコーン樹脂のような、蛍光層51よりも大きい線膨張係数を有する樹脂により構成した場合に、発光素子30の通電のオンとオフとを繰り返すことによる温度変化によって、反射層60は膨張と収縮とを繰り返す。このとき、シート部材50に拡散層52が設けられていなければ、反射層60が大きく収縮して、蛍光層51との界面付近で反射層60にクラックが発生する場合がある。
 本実施形態に係る発光装置10は、蛍光層51に、該蛍光層51よりも大きい線膨張係数を有する拡散層52を設けている。このようにすると、図5に示すように、拡散層52が収縮又は膨張して、該拡散層52の端面によって反射層60を引っ張ったり圧縮したりすることにより、反射層60の収縮による大きな変位が抑制される。このため、反射層60に、温度変化によるクラックが発生することを防止することができる。
 なお、本実施形態では、青色光を発光する発光素子30と、該青色光の補色となる黄色光を発光する蛍光体を添加した蛍光層51とを例として説明したが、発光素子30は、紫外光を発光してもよく、また、他の色の光を発光する発光素子であってもよい。また、蛍光体も、黄色光を発光する蛍光体に限られず、他の色の光を発光する蛍光体であってもよい。
 本開示は、発光素子からの光に励起され、波長変換する蛍光体を含有する蛍光層を備えた発光装置等に有用である。
 10 発光装置
 20 サブマウント基板
 30 発光素子
 40 保護素子
 50 シート部材
 51 蛍光層
 52 拡散層
 60 反射層
 61 反射材含有樹脂
 B バンプ
 S 発光面

Claims (7)

  1.  発光面を有する発光素子と、
     前記発光面に接合されたシート部材と、
     前記発光素子と前記シート部材との周囲を囲う反射層とを備え、
     前記シート部材は、前記発光素子からの光に励起され、波長変換した光を発光する蛍光体を含有する蛍光層と、
     前記蛍光層からの光を拡散させる拡散材を含有する拡散層とを有している発光装置。
  2.  請求項1において、
     前記拡散層の線膨張係数は、前記蛍光層よりも大きい発光装置。
  3.  請求項2において、
     前記拡散層は、シリコーン樹脂又はアクリル樹脂からなり、
     前記蛍光層は、ガラス又はセラミックスからなる発光装置。
  4.  請求項1~3のいずれか1項において、
     前記拡散層と前記反射層とは、互いの高さが合わせられている発光装置。
  5.  請求項4において、
     前記反射層の高さは、該反射層の切削によって拡散層の高さと合わせられている発光装置。
  6.  請求項1~5のいずれか1項において、
     前記シート部材は、前記発光素子の発光面よりも大きく形成されている発光装置。
  7.  請求項1~6のいずれか1項において、
     前記発光素子の発光面は、凹凸状に形成されている発光装置。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105485573A (zh) * 2015-12-31 2016-04-13 广东晶科电子股份有限公司 一种高色域直下式led背光模组
JP2016115703A (ja) * 2014-12-11 2016-06-23 シチズン電子株式会社 発光装置
JP2016146480A (ja) * 2015-02-04 2016-08-12 億光電子工業股▲ふん▼有限公司Everlight Electronics Co.,Ltd. Ledパッケージング構造及びその製造方法
JP2017188592A (ja) * 2016-04-06 2017-10-12 日亜化学工業株式会社 発光装置
WO2018008197A1 (ja) * 2016-07-07 2018-01-11 日東電工株式会社 反射層および蛍光体層付光半導体素子
JP2019083344A (ja) * 2019-02-28 2019-05-30 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法
US10418528B2 (en) 2017-05-30 2019-09-17 Nichia Corporation Light-emitting device and method of manufacturing the same
US10424705B2 (en) 2016-11-01 2019-09-24 Nichia Corporation Light emitting device with large phosphor area and method for manufacturing same

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018088301A1 (ja) * 2016-11-11 2018-05-17 スタンレー電気株式会社 紫外発光ダイオード
JP6515940B2 (ja) * 2017-03-17 2019-05-22 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法
KR102459651B1 (ko) 2017-06-15 2022-10-27 삼성전자주식회사 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법
JP6963177B2 (ja) * 2017-12-14 2021-11-05 日亜化学工業株式会社 発光装置の製造方法
JP2019145739A (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 株式会社朝日ラバー 光拡散膜付led発光装置、光拡散膜形成用インク及びled発光装置用光拡散シート
JP7071652B2 (ja) * 2019-09-20 2022-05-19 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007067204A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Toshiba Lighting & Technology Corp 発光ダイオード装置
WO2009069671A1 (ja) * 2007-11-29 2009-06-04 Nichia Corporation 発光装置及びその製造方法
JP2010040761A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007067204A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Toshiba Lighting & Technology Corp 発光ダイオード装置
WO2009069671A1 (ja) * 2007-11-29 2009-06-04 Nichia Corporation 発光装置及びその製造方法
JP2010040761A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子およびその製造方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016115703A (ja) * 2014-12-11 2016-06-23 シチズン電子株式会社 発光装置
JP2016146480A (ja) * 2015-02-04 2016-08-12 億光電子工業股▲ふん▼有限公司Everlight Electronics Co.,Ltd. Ledパッケージング構造及びその製造方法
CN105485573B (zh) * 2015-12-31 2019-02-15 广东晶科电子股份有限公司 一种高色域直下式led背光模组
CN105485573A (zh) * 2015-12-31 2016-04-13 广东晶科电子股份有限公司 一种高色域直下式led背光模组
JP2017188592A (ja) * 2016-04-06 2017-10-12 日亜化学工業株式会社 発光装置
US10096751B2 (en) 2016-04-06 2018-10-09 Nichia Corporation Light emitting device
US10734555B2 (en) 2016-04-06 2020-08-04 Nichia Corporation Light emitting device
US11038089B2 (en) 2016-04-06 2021-06-15 Nichia Corporation Light emitting device
WO2018008197A1 (ja) * 2016-07-07 2018-01-11 日東電工株式会社 反射層および蛍光体層付光半導体素子
US10424705B2 (en) 2016-11-01 2019-09-24 Nichia Corporation Light emitting device with large phosphor area and method for manufacturing same
US10763412B2 (en) 2016-11-01 2020-09-01 Nichia Corporation Light emitting device
US11309467B2 (en) 2016-11-01 2022-04-19 Nichia Corporation Method for manufacturing light emitting device
US10418528B2 (en) 2017-05-30 2019-09-17 Nichia Corporation Light-emitting device and method of manufacturing the same
US10879430B2 (en) 2017-05-30 2020-12-29 Nichia Corporation Light-emitting device and method of manufacturing the same
JP2019083344A (ja) * 2019-02-28 2019-05-30 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法

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